钒微合金化对718合金中铌元素偏析行为的影响

718合金（国产牌号为GH4169）是一种时效强化型铁镍基合金，被大量应用于航空、航天、核能、石油等领域，其产量占到所有高温合金年产总量的一半以上。Nb元素在该合金的微观结构和力学性能方面扮演着重要作用。ASTMB637-2016中规定，718合金中Nb的含量范围为4.75%～5.50%。Nb是构成γ″强化相最主要的合金元素，但它在起强化关键作用的同时，又成为718合金中最主要的偏析元素。尤其在铸锭凝固阶段，大量富Nb有害相析出（典型代表为Laves相），造成凝固组织中Nb的局部富集和基体中贫Nb现象，加之Nb在718合金中的扩散速率小，微观偏析严重，这就导致铸锭的均匀化处理难度增大。因而改善凝固组织中Nb的微观偏析，能够降低铸锭均匀化处理难度、提高显微组织和成分均匀性。V在奥氏体中具有较高的溶解度，是微合金化钢最常用也是最有效的强化元素之一。V的作用往往是通过形成V（C，N）来影响材料的组织和性能。科研人员通过研究元素V对718合金铸锭中富Nb相凝固偏析行为的影响，研究其对718合金铸锭枝晶形态、Laves相和碳化物析出的影响。

为保证成分一致性，试验所用材料均来自同一718母合金铸锭。先用50kg真空感应炉冶炼718母合金，然后将其分为两份。取其中一份直接进行真空重熔，制备标准718合金；另一份在真空重熔过程中加入微量V，制备含V（0.066%）合金。两份合金重熔铸锭的直径均为Φ110mm，在自然条件下冷却。分别沿铸锭直径方向在中心处经线切割取Φ8mm×5mm圆棒，用于显微组织观测和成分测定。

试验结果表明，V元素的微合金化使718合金铸锭枝晶组织得到细化，二次枝晶间距及Nb元素的偏析系数均有所降低；由于Nb元素主要分布在Laves相及碳化物中，通过对二者体积分数的定量表征，V元素的加入大大降低Laves相及碳化物的析出，体积分数降低；线扫描分析表明，距Laves相越远，Nb元素含量越低，而含V样品中，这种含量降低的趋势有所减缓。

根据分析结果可知，V元素的合金化改善了718合金中Nb元素的偏析状态，细化了枝晶组织，对降低718合金均匀化热处理难度、提高合金成分和组织均匀性有利。含V碳化物在凝固过程中成为异质形核点，减小了凝固形核的驱动力，使得二次枝晶间距变小，表现出更小的Laves相体积分数和较细的枝晶组织。